KR100569708B1 - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
리세스된 채널을 갖는 반도체 장치 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 액티브 및 필드 영역이 구분된 반도체 기판이 구비된다. 상기 액티브 영역 상에 형성되고, 게이트 형성 부위에 게이트 트렌치를 갖는 반도체층이 구비된다. 상기 게이트 트렌치 내부를 채우면서 상기 반도체층 상부로 일부 돌출되는 게이트 구조물이 구비된다. 상기 게이트 구조물 양측의 반도체층 표면 아래에 형성된 불순물 영역들이 구비된다. 상기 불순물 영역들과 접속하고, 적어도 상기 불순물 영역 전체를 덮는 도전 패턴을 구비하는 반도체 장치를 제공한다. 상기 반도체 장치는 상기 도전 패턴을 구비함으로서, 이 후의 콘택 형성시에 얼라인 마진이 증가되어 상기 기판 상에 형성되는 액티브 영역의 면적을 더욱 축소시킬 수 있다. Disclosed are a semiconductor device having a recessed channel and a method of manufacturing the same. A semiconductor substrate having active and field regions is provided. A semiconductor layer is formed on the active region and has a gate trench in a gate formation portion. A gate structure partially protruding above the semiconductor layer while filling the gate trench is provided. Impurity regions formed under the surface of the semiconductor layer on both sides of the gate structure are provided. A semiconductor device provided with a conductive pattern connected to the impurity regions and covering at least the entire impurity region is provided. Since the semiconductor device includes the conductive pattern, the alignment margin is increased during subsequent contact formation, thereby further reducing the area of the active region formed on the substrate.
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 장치의 레이아웃도이다. 2 is a layout diagram of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
도 3a 내지 3n은 본 발명의 제1 실시예에 의한 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다. 3A to 3N are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 장치의 레이아웃도이다.4 is a layout diagram of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a third exemplary embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 기판 102 : 필드 영역100: substrate 102: field area
103 : 액티브 영역 105a : 버퍼 산화막 패턴103:
107a : 더미 게이트 패턴 108 : 더미 게이트 구조물107a: dummy gate pattern 108: dummy gate structure
110 : 반도체층 112a : 저농도 불순물 영역110:
120 : 게이트 트렌치 122 : 게이트 절연막 패턴120: gate trench 122: gate insulating film pattern
126 : 게이트 전극 패턴 128 : 스페이서126: gate electrode pattern 128: spacer
130 : 고농도 불순물 영역 132 : 캡핑 패턴130: high concentration impurity region 132: capping pattern
134 : 도전 패턴 136 : 금속 실리사이드 패턴134: conductive pattern 136: metal silicide pattern
138 : 층간 절연막 140 : 콘택138: interlayer insulating film 140: contact
본 발명은 반도체 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리세스 채널을 갖는 모오스(MOS) 트랜지스터 반도체 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a MOS transistor semiconductor device having a recess channel and a method of manufacturing the same.
반도체 장치가 고집적화됨에 따라, MOS 트랜지스터의 게이트 길이는 매우 감소되고 있다. 상기 게이트 길이의 감소에 따라 상기 MOS 트랜지스터의 채널 길이 역시 줄어들게 되었다. MOS 트랜지스터의 채널 길이가 작아지면, 게이트 전극에 의한 채널 구동능력이 감소되고 소오스/드레인에 의해 발생하는 전계가 채널 영역에 미치는 영향성이 현저해지는데 이러한 현상을 쇼트-채널 효과(short channel effect)라 한다. 즉, 상기 게이트 길이의 감소에 따라, 오프 전류가 증가하게 되어 트랜지스터의 전력 소모가 증가되고 있다.As semiconductor devices become more integrated, the gate length of MOS transistors is greatly reduced. As the gate length decreases, the channel length of the MOS transistor also decreases. As the channel length of the MOS transistor decreases, the channel driving ability by the gate electrode decreases, and the influence of the electric field generated by the source / drain on the channel region becomes remarkable. This phenomenon is referred to as a short channel effect. It is called. That is, as the gate length decreases, the off current increases, and power consumption of the transistor increases.
또한, 상기 반도체 장치의 집적도를 증가시키기 위해 액티브 및 필드의 수평 면적이 더욱 감소되고 있다. 그러나, 상기 액티브 영역을 감소시키는 경우, 상기 액티브 영역과 각 패턴들 (예컨대, 게이트 및 콘택)간의 미스 얼라인 마진이 협소해진다. 상기 각 패턴들 간에 미스얼라인이 발생되는 경우, 반도체 장치가 원하는 특성을 갖지 못하거나 반도체 장치의 신뢰성에 문제를 일으키게 된다. 또한 상기 필드 영역을 감소하는 경우, 각 소자들 간의 전기적 분리(isolation)가 정상적으로 이루어지지 않기 때문에 래치 업 등의 불량이 발생할 수 있다. In addition, in order to increase the degree of integration of the semiconductor device, the horizontal area of the active and field is further reduced. However, when the active area is reduced, the misalignment margin between the active area and each pattern (eg, gate and contact) is narrowed. If misalignment occurs between the patterns, the semiconductor device may not have desired characteristics or may cause a problem in the reliability of the semiconductor device. In addition, when the field area is reduced, a defect such as latch-up may occur because electrical isolation between the elements is not normally performed.
상기 문제들의 해결하기 위하여, 기판 상에 형성되는 게이트 길이는 축소시키면서 MOS 트랜지스터의 특성을 향상시키기 위한 방법들이 연구 개발되고 있다. In order to solve the above problems, methods for improving the characteristics of the MOS transistor while reducing the gate length formed on the substrate have been researched and developed.
미합중국 특허 6391720호에는 쇼트 채널 효과 및 핫 케리어 효과를 감소시키기위한 셀프 얼라인드 리세스 채널 모오스 트랜지스터 제조 방법이 개시되어 있다. 개시된 방법에 의하면, 기판을 일부 식각하여 게이트 리세스를 형성한 후 상기 게이트 리세스 내에 게이트 전극을 형성한다. 상기 방법에 의하면, 게이트 리세스의 두께 및 선폭에 따라 게이트 전극 특성이 달라지게 된다. 때문에, 상기 실리콘 기판을 균일하게 식각하지 못하는 경우, 원하는 특성을 갖는 게이트를 형성하기가 어려워진다. 또한, 액티브 영역과 패턴들간의 미스 얼라인 마진 문제는 여전히 남아있다. US patent 6391720 discloses a method for fabricating a self-aligned recess channel MOS transistor to reduce short channel effects and hot carrier effects. According to the disclosed method, the substrate is partially etched to form a gate recess, and then a gate electrode is formed in the gate recess. According to the method, the gate electrode characteristics vary according to the thickness and line width of the gate recess. Therefore, when the silicon substrate is not etched uniformly, it is difficult to form a gate having desired characteristics. In addition, the misalignment margin problem between the active region and the patterns still remains.
따라서, 본 발명의 제1 목적은 채널의 유효 길이를 증가시키고, 액티브와의 오버랩 마진이 증가되는 반도체 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, a first object of the present invention is to provide a semiconductor device in which the effective length of the channel is increased and the overlap margin with the active is increased.
본 발명의 제2 목적은 상기 반도체 장치를 제조하는 데 적합한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.A second object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device suitable for manufacturing the semiconductor device.
상기한 제1 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, In order to achieve the first object described above, the present invention,
액티브 및 필드 영역이 구분된 반도체 기판을 구비한다. 상기 액티브 영역 상에 형성되고, 게이트 형성 부위에 게이트 트렌치를 갖는 반도체층을 구비한다. 상기 게이트 트렌치 내부를 채우면서 상기 반도체층 상부로 일부 돌출되는 게이트 구조물을 구비한다. 상기 반도체층 표면 아래에 형성된 불순물 영역들을 구비한다. 상기 불순물 영역들에 각각 접촉하고, 적어도 상기 불순물 영역 전체를 덮는 도전 패턴을 포함하는 반도체 장치를 구비한다. A semiconductor substrate is divided into active and field regions. A semiconductor layer is formed on the active region and has a gate trench in a gate formation portion. The gate structure may partially fill the gate trench and protrude upwardly from the semiconductor layer. Impurity regions formed under the surface of the semiconductor layer. A semiconductor device including a conductive pattern in contact with the impurity regions and covering at least the entire impurity region is provided.
상기한 제2 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,In order to achieve the above second object, the present invention,
반도체 기판상에 액티브 영역 및 필드 영역을 구분한다. 상기 액티브 영역 상에, 게이트 형성 영역을 선택적으로 노출하는 게이트 트렌치를 갖는 반도체층을 형성한다. 상기 게이트 트렌치를 매립하면서, 상기 반도체층 상부로 돌출되는 게이트 구조물을 형성한다. 상기 반도체층 표면 아래에 불순물 영역을 형성한다. 이어서, 상기 불순물 영역들에 각각 접촉하고, 적어도 상기 불순물 영역 전체를 덮는 도전 패턴을 형성하여 반도체 장치를 제조한다. An active region and a field region are divided on a semiconductor substrate. A semiconductor layer having a gate trench for selectively exposing a gate formation region is formed on the active region. While filling the gate trench, a gate structure protruding above the semiconductor layer is formed. An impurity region is formed under the surface of the semiconductor layer. Subsequently, a semiconductor device is manufactured by contacting the impurity regions and forming a conductive pattern covering at least the entire impurity region.
상기 방법에 의하면, 채널이 게이트의 저면 및 측면 부위에도 형성되므로 MOS트랜지스터의 유효 채널 길이가 증가된다. 때문에, 게이트의 길이는 더욱 감소시킬 수 있다. According to the method, the effective channel length of the MOS transistor is increased because the channel is also formed at the bottom and side portions of the gate. Therefore, the length of the gate can be further reduced.
또한, 상기 게이트 양측의 불순물 영역과 접속하는 도전 패턴은 상기 불순물 영역보다 크게 형성하게 되어, 이 후의 콘택 형성시에 얼라인 마진을 증가시킬 수 있다. 때문에, 상기 기판 상에 형성되는 액티브 영역의 면적을 더욱 축소시킬 수 있다. In addition, the conductive pattern connected to the impurity regions on both sides of the gate may be larger than the impurity region to increase the alignment margin at the time of subsequent contact formation. Therefore, the area of the active region formed on the substrate can be further reduced.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하 고자 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
실시예 1Example 1
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 장치의 레이아웃도이다. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 2 is a layout diagram of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실리콘(Si), 실리콘 게르마늄(SiGe), 실리콘-온-인슐레이터(SOI) 또는 실리콘 게르마늄-온-인슐레이터(SGOI)로 이루어지는 반도체 기판(100)이 구비된다. 상기 반도체 기판(100)은 또한, 상부에 스트레인드(strained) 에피텍시얼층이 형성된 스트레인드 실리콘 기판일 수도 있다. 본 실시예에서는 벌크 실리콘으로 이루어진 기판(100)에 형성되는 MOS트랜지스터에 한정하여 설명한다. 1 and 2, a
상기 반도체 기판(100)에 액티브 영역(103) 및 필드 영역(102)이 구분되어 있다. 상기 액티브 영역(103)에는 웰 영역 또는 채널 영역을 형성하기 위한 불순물이 주입되어 있다. The
상기 액티브 영역(103) 상에서, 게이트가 형성되어야할 부위에 게이트 트렌치를 갖는 반도체층이 구비된다. 상기 반도체층은 에피택시얼 성장에 의해 형성된 실리콘으로 이루어질 수 있다. 또는, 상기 반도체층은 SiGe, GaAs로 이루어질 수 있다.On the
상기 게이트 트렌치 내부를 채우면서 상기 반도체층 상부로 일부 돌출되는 게이트 구조물이 구비된다. 상기 게이트 구조물은 게이트 절연막 패턴(122a) 및 게이트 전극 패턴(126)을 포함한다. 상기 게이트 절연막 패턴(122a)은 상기 반도체층 과 상기 게이트 전극 패턴(126) 사이 계면에 형성된다. A gate structure partially protruding above the semiconductor layer while filling the gate trench is provided. The gate structure includes a gate insulating layer pattern 122a and a
상기 게이트 전극 패턴(126)은 폴리실리콘으로 이루어지거나, 도핑된 실리콘 및 게르마늄을 포함하는 복합층으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 게이트 전극은 폴리실리콘 패턴과 상기 폴리실리콘 패턴상에 금속 실리사이드 패턴이 형성된 폴리사이드 구조를 가질 수 있다. 상기 게이트 절연막 패턴(122a)은 실리콘 산화막, 고유전율을 갖는 금속 산화막, 또는 SiON계열의 막으로 이루어진다. 상기 고유전율을 갖는 금속 산화막의 예로서는 Ta2O5막, TiO2막, Al2O3
막, Y2O3막, ZrO2막, HfO2막, BaTiO3막, SrTiO3막 또는 이들의 복합막등을 들 수 있다.The
상기 게이트 전극 패턴(126)의 돌출부의 양측벽에는 스페이서(128)가 구비된다. 상기 스페이서(128)는 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 구성되거나, 실리콘 산화물층 및 상기 실리콘 산화물층을 커버하는 실리콘 질화물층으로 이루어진 복합층으로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 전극 패턴(126)의 돌출된 상부면 및 상기 스페이서(128) 표면상에 캡핑 패턴(132)이 구비된다. 상기 캡핑 패턴(132)은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 형성할 수 있다. A
상기 게이트 전극 패턴(126)의 양측의 상기 반도체층에는 소오스 및 드레인으로 제공되는 저농도 불순물 영역(112a) 및 고농도 불순물 영역(130)이 구비된다. 상기 소오스 및 드레인은 LDD 구조를 갖는다.The semiconductor layers on both sides of the
상기 고농도 불순물 영역(130)들에 각각 접촉하고, 적어도 노출된 상기 불순 물 영역 전체를 덮는 도전 패턴(134)을 구비한다. 상기 도전 패턴(134)은 도핑된 폴리실리콘 또는 도핑된 에피택시얼 실리콘으로 형성된다. And a
상기 도전 패턴(134) 표면에, 금속 실리사이드 패턴(136)이 더 형성되어 있다. 상기 도전 패턴(134)은 상기 불순물 영역(112a, 130)과 전기적으로 연결되는 콘택을 형성할 시에 콘택 얼라인 마진을 증가시킨다. 때문에, 기판 상에 형성되는 액티브 영역(103)의 수평 면적을 감소시킬 수 있다.A
다른 형태로는, 도시하지는 않았으나, 상기 도전 패턴(134)은 전체가 금속 실리사이드로도 형성할 수도 있다. In another embodiment, although not illustrated, the
상기 도전 패턴(134) 상에 층간 절연막(138)을 구비하고, 상기 층간 절연막(138)에는 상기 도전 패턴(134)과 접속하는 콘택(140)을 구비한다. An interlayer insulating
본 발명의 MOS 트랜지스터에 있어서는, 상기 게이트 전극의 양측으로 소오스 및 드레인 영역이 형성되어 있고, 상기 게이트 절연막이 상기 게이트 전극의 저면과 측면으로 연장되어 형성되어 있다. 때문에, 상기 트랜지스터의 채널 영역은 상기 게이트 전극의 저면 뿐 아니라 하부 측면까지 연장된다. 즉, 상기 MOS트랜지스터는 상기 게이트 전극의 길이보다 트랜지스터 채널의 길이가 더 길게 형성되므로 반도체 장치를 더욱더 고집적화시킬 수 있다. 또한, 상기 MOS트랜지스터의 채널 길이가 증가되어 쇼트 채널 효과에 의해 발생하는 문제점들을 최소화할 수 있다.In the MOS transistor of the present invention, source and drain regions are formed on both sides of the gate electrode, and the gate insulating film extends to the bottom and side surfaces of the gate electrode. Therefore, the channel region of the transistor extends to the bottom side as well as the bottom surface of the gate electrode. In other words, the MOS transistor has a longer transistor channel length than that of the gate electrode, thereby increasing the integration of the semiconductor device. In addition, the channel length of the MOS transistor is increased to minimize the problems caused by the short channel effect.
또한, 상기 불순물 영역과 접속하는 도전 패턴을 형성함으로서, 불순물 영역과 접속하는 콘택 형성 시의 얼라인 마진이 증가한다. 때문에, 상기 기판 상에 형성되는 액티브 영역의 면적을 더욱 축소시킬 수 있다. In addition, by forming a conductive pattern to be connected to the impurity region, the alignment margin at the time of forming a contact to be connected to the impurity region is increased. Therefore, the area of the active region formed on the substrate can be further reduced.
도 3a 내지 3n은 본 발명의 제1 실시예에 의한 MOS트랜지스터의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다. 3A to 3N are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a MOS transistor according to a first embodiment of the present invention.
도 3a를 참조하면, 반도체 기판(100)의 상부에 통상적인 트렌치 소자 분리 공정을 수행하여 액티브 영역(103) 및 필드 영역(102)을 구분한다.Referring to FIG. 3A, a trench isolation process may be performed on the
다음에, 상기 액티브 영역(103)으로 불순물 이온을 주입시켜 MOS 트랜지스터의 웰 영역 및 채널 영역을 형성한다. 상기 MOS 트랜지스터의 타입에 따라 3족 또는 5족의 불순물 이온이 주입된다. Next, impurity ions are implanted into the
도 3b를 참조하면, 상기 반도체 기판(100)의 액티브 영역(103)상에 버퍼 산화막(105)을 형성한다. 상기 버퍼 산화막(105)은 열산화 방식 또는 CVD방식에 의해 약 100 내지 200Å의 두께로 형성한다. 상기 버퍼 산화막(105)은 후속 공정을 진행하면서 상기 액티브 영역(103) 표면이 손상되는 것을 방지한다. Referring to FIG. 3B, a
이어서, 상기 버퍼 산화막(105) 상에 더미 게이트용 질화막(107)을 증착시킨다. 상기 더미 게이트용 질화막(107)은 추후의 CMP공정에서 연마되는 두께를 고려하여 형성하고자하는 게이트 전극 패턴의 높이보다 조금 더 두꺼운 두께로 증착한다. 본 실시예에서 형성하고자 하는 게이트 전극 패턴의 높이가 1500Å인 것을 고려하여 상기 더미 게이트용 질화막(107)은 약 2000Å정도의 두께로 증착한다. Next, a dummy
도 3c를 참조하면, 사진 식각 공정에 의해 상기 더미 게이트용 질화막(107) 및 버퍼 산화막(105)의 소정 부위를 순차적으로 건식 식각하여 상기 버퍼 산화막 패턴(105a) 및 더미 게이트 패턴(107a)이 적층된 형태의 더미 게이트 구조물(108)을 형성한다. 상기 더미 게이트 구조물(108)은 게이트 전극 형성 영역을 정의하기 위해 형성된다. 따라서, 상기 더미 게이트 구조물(108)의 선폭은 형성하고자 하는 게이트 전극 패턴의 선폭과 비슷한 선폭을 갖도록 한다.Referring to FIG. 3C, the buffer
도 3d를 참조하면, 상기 액티브 영역(103)에 형성된 더미 게이트 구조물(108)을 에피텍시얼 마스크로 사용하고, 표면에 노출된 실리콘을 시드(seed)로하여 실리콘을 선택적으로 에피텍시얼 성장시켜 반도체층(110)을 형성한다. Referring to FIG. 3D, the epitaxial mask is selectively formed by using the
상기 반도체층(110)은 MOS 트랜지스터에서 리세스 채널을 형성하기 위한 층이다. 상기 반도체층(110)은 상기 더미 게이트 구조물(108)의 두께보다 낮은 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 반도체층(110)은 약 100내지 1000Å의 두께로 형성한다. 따라서, 도시된 바와 같이 상기 더미 게이트 구조물(108)은 상기 반도체층(110)으로부터 돌출된 형태를 갖는다.The
상기 더미 게이트 구조물(108)의 측면에 형성되어 있는 상기 반도체층(110)을 따라 MOS트랜지스터의 채널이 형성된다. 그러므로, 설계된 MOS 트랜지스터의 동작 특성에 따라 상기 반도체층(110)의 두께를 다양하게 변경하여 MOS 트랜지스터의 채널 길이를 조정할 수 있다. A channel of the MOS transistor is formed along the
도 3e를 참조하면, 상기 더미 게이트 구조물(108)을 이온주입 마스크로 사용하여 상기 반도체층(100) 표면 아래로 저농도 불순물 영역을 형성하기 위한 불순물 이온 주입 공정을 수행한다. 주입될 수 있는 불순물로서는 상기 MOS 트랜지스터의 타입에 따라 B, As, 또는 P와 같은 3족 또는 5족의 불순물이 있다. Referring to FIG. 3E, an impurity ion implantation process is performed to form a low concentration impurity region under the surface of the
상기 불순물 이온 주입 공정에 의해 상기 더미 게이트 구조물(108) 양측의 반도체층(110)표면 아래로 소정 두께만큼 저농도 불순물 영역(112)이 형성된다. 상 기 저농도 불순물 영역(112)은 상기 반도체층(100)의 표면으로부터 약 200 내지 500Å의 깊이를 갖도록 형성한다. 바람직하게는, 상기 저농도 불순물 영역(112)의 깊이는 상기 반도체층(100)의 두께보다 작도록 형성한다. 그 결과, 후속 공정에 의해 형성되는 리세스 구조의 트랜지스터는 종래의 플레너 트렌지스터에 비해 상기 반도체층(110)의 두께와 상기 저농도 불순물 영역(112)의 깊이의 차이의 두배 정도의 길이만큼 채널 길이가 연장된다. The impurity ion implantation process forms a low
도시하지는 않았지만, 상기 저농도 불순물 영역(112)을 형성한 이 후에 상기 반도체층의 국부적인 영역에 상기 저농도 불순물 영역(112)과 반대의 타입의 불순물을 도핑시키는 할로(halo) 공정을 더 수행할 수 있다. 상기 할로 공정을 수행함으로서 트랜지스터의 문턱 전압을 제어할 수 있다. Although not shown, after the low
도 3f를 참조하면, 상기 더미 게이트 구조물(108)을 제거하여 상기 반도체층(110)에 게이트 트렌치(120)를 형성한다. 구체적으로, 상기 더미 게이트 구조물(108)에 포함된 상기 더미 게이트 패턴(107a)은 인산을 포함하는 식각액을 사용하여 습식 식각한다. 이어서, 상기 더미 게이트 패턴(107a) 아래에 구비되는 버퍼 산화막 패턴(105a)을 습식 식각하거나 또는 건식 식각에 의해 제거한다. Referring to FIG. 3F, the
도 3g를 참조하면, 상기 게이트 트렌치(120)의 표면에 30 내지 200Å의 얇은 두께로 게이트 절연막(122)을 형성한다. 이 때, 상기 게이트 절연막(122)은 상기 게이트 트렌치(120)를 포함하는 기판을 산소 분위기에서 열처리하여, 표면에 노출되는 실리콘과 산소를 반응시켜 형성한다. 구체적으로, 상기 게이트 절연막(122)은 상기 게이트 트렌치(120) 내측면, 상기 게이트 트렌치(120)에 의해 노출된 기판의 액티브 영역 및 상기 반도체층(110) 상부 표면에 형성한다.Referring to FIG. 3G, the
이어서, 상기 게이트 절연막(122)이 형성되어 있는 상기 게이트 트렌치(120)를 완전히 매립되도록 게이트 형성용 도전층(124)을 두껍게 형성한다. 상기 게이트 형성용 도전층(124)은 폴리실리콘층, 폴리실리콘층 및 금속 실리사이드가 적층된 층 또는 금속층으로 형성할 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 게이트 형성용 도전층(124)은 도핑된 폴리실리콘층으로 형성한다. Subsequently, the gate forming
도 3h를 참조하면, 상기 게이트 형성용 도전층(124)을 패터닝하여 게이트 전극 패턴(126)을 형성한다. 상기 게이트 전극 패턴(126)은 상기 반도체층(110)에 형성되어 있는 게이트 트렌치(120) 내부를 채우면서 상기 반도체층(110)으로부터 돌출된 형상을 갖는다. Referring to FIG. 3H, the gate forming
도 3i를 참조하면, 상기 게이트 전극 패턴(126) 및 반도체층(110) 상에 실리콘 질화막을 약 100 내지 700Å정도의 두께로 형성한다. 이어서, 상기 실리콘 질화막을 이방성 식각하여 상기 게이트 전극 패턴(126)의 돌출부의 측벽에 스페이서(128)를 형성한다. Referring to FIG. 3I, a silicon nitride film is formed on the
상기 스페이서(128)는 후속 공정을 통해 MOS트랜지스터의 LDD 구조의 소오스 및 드레인의 저농도 불순물 도핑 영역(이하, LDD영역)을 한정한다. 즉, 상기 스페이서(128) 저면부의 수평 방향의 두께는 LDD 영역이 형성되는 폭을 정한다. The
본 실시예에서는 실리콘 질화막으로 이루어진 스페이서(128)를 도시하였지만, 실리콘 질화막 대신에 실리콘 산화막과 실리콘 질화막의 복합층 형태로 적층한 후 이방성 식각하여 복합층 상태의 스페이서(128)를 형성하여, MOS 트랜지스터의 드레인 또는 소오스와 연결되는 콘택과 상기 게이트 전극간에 생기는 기생 케패시턴스를 감소시킬 수 있다.In the present embodiment, the
도 3j을 참조하면, 상기 스페이서(128)를 구비하는 게이트 전극 패턴(126)을 이온 주입 마스크로하여 상기 반도체층(110) 표면 아래로 고농도로 불순물 이온을 주입하여 상기 반도체층(110)에 고농도 불순물 영역(이하, HDD영역, 130)을 형성한다. Referring to FIG. 3J, a high concentration of impurity ions are implanted under the surface of the
이어서, 상기 불순물 이온을 주입한 이 후에 상기 기판을 열처리하여 상기 불순물 이온들을 활성화시킨다. Subsequently, after implanting the impurity ions, the substrate is heat-treated to activate the impurity ions.
상기 불순물은 상기 스페이서(128)에 의해 노출된 부위의 반도체층(110)의 표면 아래로 주입되고, 상기 스페이서(128)에 의해 가려진 반도체층(110)의 저면 아래 부분에는 주입되지 못한다. 따라서, 상기 저농도 불순물 영역(112a, 이하, LDD영역)은 스페이서(128)의 저면 아래에 해당되는 영역으로 한정된다. 상기 LDD영역(112a)은 상기 스페이서(128) 저면의 수평 방향 두께에 의해 결정된다.The impurity is injected below the surface of the
도 3k를 참조하면, 상기 반도체층, 스페이서 및 게이트 전극의 표면상에 캡핑용 절연막을 형성한다. 상기 캡핑용 절연막은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 형성할 수 있다. Referring to FIG. 3K, an insulating capping layer is formed on surfaces of the semiconductor layer, the spacer, and the gate electrode. The capping insulating layer may be formed of silicon nitride or silicon oxide.
이어서, 적어도 게이트 전극 패턴(126)의 상부면을 커버하면서, 상기 고농도 불순물 영역(130)은 노출시키도록 상기 캡핑용 절연막을 패터닝하여 캡핑 패턴(132)을 형성한다. 바람직하게는, 상기 스페이서 및 게이트 전극 상부면에만 선택적으로 캡핑용 절연막이 남아있도록 패터닝하여 캡핑 패턴(132)을 형성한다. 만일, 상기 게이트 전극 패턴(126) 상부면만을 커버하도록 패터닝하는 경우, 패턴 사이즈가 매우 작아져 패터닝 공정이 용이하지 않기 때문이다.Subsequently, the capping insulating layer is patterned to expose the high
상기 캡핑 패턴(132)을 형성할 시에, 상기 노출된 반도체층(110) 상에 형성되어 있는 게이트 절연막(122)을 제거하여 게이트 절연막 패턴(122a)을 형성한다. When the
도 3l을 참조하면, 상기 반도체층(110) 및 캡핑 패턴(132)의 표면상에 예비 도전막을 형성한다. 상기 예비 도전막은 폴리실리콘 또는 에피택시얼 성장으로 형성되는 실리콘으로 형성할 수 있다. Referring to FIG. 3L, a preliminary conductive layer is formed on the surfaces of the
이어서, 상기 예비 도전막을 패터닝하여 상기 게이트 전극 패턴(126)의 제1측에 형성된 불순물 영역과 접촉하는 제1 예비 도전 패턴 및 상기 제1측에 대향하는 제2측에 형성된 불순물 영역과 접촉하는 제2 예비 도전 패턴을 각각 형성한다. 상기 제1 및 제2 예비 도전 패턴은 필드 영역 부근으로 확장된 형태를 갖도록 한다. 이 때, 상기 제1 및 제2 도전 패턴은 서로 접촉되지 않도록 한다. Subsequently, the preliminary conductive layer is patterned to contact the impurity region formed on the first side of the
상기 예비 도전막을 에피택시얼 실리콘으로 형성하는 경우에는 노출된 반도체층 즉, 노출된 불순물 영역의 표면상에만 선택적으로 실리콘이 성장되므로 별도의 패터닝 공정을 수행하지 않아도 된다. 그러나, 이 경우, 실리콘 과다 성장에 의해 필드 영역에서 예비 도전 패턴들 간이 접촉하지 않도록 공정 조건을 맞추어야 한다. When the preliminary conductive layer is formed of epitaxial silicon, silicon is selectively grown only on the exposed semiconductor layer, that is, on the surface of the exposed impurity region, so that a separate patterning process may not be performed. In this case, however, the process conditions must be adjusted so that the preliminary conductive patterns do not contact each other in the field region due to over-silicon growth.
이어서, 상기 제1 및 제2 예비 도전 패턴에 불순물 이온을 주입하여 도전 패턴(134)들을 형성한다. Subsequently, impurity ions are implanted into the first and second preliminary conductive patterns to form
상기 도전 패턴(134)은 상기 캡핑 패턴(132) 상에 형성되므로, 상기 도전 패 턴(134)과 게이트 전극 패턴(126)이 서로 쇼트되지 않는다. Since the
도 3m을 참조하면, 상기 각 도전 패턴(134) 상에 금속 실리사이드 패턴(136)을 형성한다. 상기 금속 실리사이드 패턴(136)은 코발트 실리사이드, 텅스텐 실리사이드 또는 티타늄 실리사이드 패턴을 포함한다. 상기 금속 실리사이드 패턴을 형성하는 경우, 소오스/드레인으로 제공되는 불순물 영역과의 접촉 저항을 감소시킬 수 있다. Referring to FIG. 3M,
도시하지는 않았으나, 상기 금속 실리사이드 형성 공정 시에 상기 도전 패턴 전체가 금속 실리사이드 패턴으로 형성되도록 할 수도 있다. 이 경우, 상기 도전 패턴 상에 금속 실리사이드 패턴이 형성되는 구조가 아니라, 상기 도전 패턴 자체가 금속 실리사이드 패턴으로 전환된다. Although not shown, the entire conductive pattern may be formed as a metal silicide pattern during the metal silicide forming process. In this case, the conductive pattern itself is converted into the metal silicide pattern, not the structure in which the metal silicide pattern is formed on the conductive pattern.
또는, 공정상의 편의를 위해 상기 금속 실리사이드 패턴(136) 형성 공정을 생략할 수도 있다. Alternatively, the
도 3n을 참조하면, 층간 절연막(138) 형성 공정 및 상기 도전 패턴(134)과 접속하는 콘택(140) 형성 공정과 같은 후속 공정들을 진행하여 반도체 장치를 완성한다.Referring to FIG. 3N, subsequent processes such as an
본 실시예에 의하면, MOS 트랜지스터는 채널 영역이 상기 게이트 전극의 저면 뿐 아니라 상기 게이트 전극 하부의 양측면까지 연장된다. 즉, 상기 MOS 트랜지스터의 채널 길이는 상기 게이트의 폭보다 더 길게 형성된다. 따라서 상기 게이트 전극의 임계치수를 감소시키면서도 쇼트 채널 효과에 의한 불량 발생은 최소화할 수 있다. 그리고, 상기 MOS 트랜지스터에서 상기 게이트 전극 형성 영역을 정의하 기 위해 상기 반도체 기판을 건식 식각하지 않으므로, 상기 건식 식각에 의해 발생하는 기판 손상 등을 최소화할 수 있다. 또한, 상기 소오스/드레인과 접속하기 위한 콘택 형성 시의 마진이 증가되므로, 기판 상에 형성되는 액티브 영역의 수평 면적을 더욱 감소시킬 수 있다. According to the present embodiment, in the MOS transistor, the channel region extends not only on the bottom of the gate electrode but also on both sides of the bottom of the gate electrode. That is, the channel length of the MOS transistor is formed longer than the width of the gate. Therefore, it is possible to minimize the occurrence of defects due to the short channel effect while reducing the threshold of the gate electrode. In addition, since the semiconductor substrate is not dry etched to define the gate electrode formation region in the MOS transistor, substrate damage caused by the dry etching may be minimized. In addition, since the margin at the time of contact formation for connecting to the source / drain is increased, the horizontal area of the active region formed on the substrate can be further reduced.
실시예 2Example 2
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 장치의 레이아웃도이다. 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이다.4 is a layout diagram of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 4 및 도 5에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 따른 반도체 장치는 도전 패턴(150)이 게이트 전극 패턴(126) 양측에 형성되는 독립된 액티브 영역을 서로 전기적으로 연결하도록 구성된 것을 제외하고는 실시예1의 구조와 동일하다. As shown in FIGS. 4 and 5, the semiconductor device according to the present embodiment is implemented except that the
실시예 2는 독립된 각각의 액티브 영역을 서로 연결하는 구조를 갖는 반도체 장치에 한정하여 적용할 수 있다. 실시예2의 장치에 의하면, 도전 패턴은 기판 상에 정의된 액티브 영역(103)에 비해 수평 방향으로 확장된 형태를 가질 수 있다. 따라서, 기판에 형성되는 액티브 영역(103)의 면적을 더욱 축소시킬 수 있어 반도체 장치를 더욱 고집적화할 수 있다. Embodiment 2 can be applied to a semiconductor device having a structure in which respective independent active regions are connected to each other. According to the apparatus of Embodiment 2, the conductive pattern may have a form extended in the horizontal direction compared to the
상기 제2 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 간단히 설명한다. A manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment will be briefly described.
우선, 도 3a 내지 3k를 참조로 설명한 것과 동일한 공정을 수행한다. First, the same process as described with reference to FIGS. 3A to 3K is performed.
이어서, 상기 반도체층(110) 및 캡핑 패턴(134)의 표면상에 예비 도전막을 형성한다. 상기 예비 도전막은 폴리실리콘 또는 에피택시얼 성장으로 형성되는 실리콘으로 형성할 수 있다. Subsequently, a preliminary conductive layer is formed on the surfaces of the
이어서, 상기 예비 도전막을 패터닝하여 상기 게이트 전극 패턴(126)의 양측에 형성되어 있는 고농도 불순물 영역(130)들과 접촉하면서, 상기 노출된 고농도 불순물 영역(130)들을 서로 전기적으로 도통시키기 위한 예비 도전 패턴을 각각 형성한다. 이 때, 상기 예비 도전 패턴은 이웃하는 트렌지스터의 불순물 영역과는 서로 전기적으로 절연되도록 형성한다. Subsequently, the preliminary conductive pattern for patterning the preliminary conductive layer to contact the high
제2 실시예의 경우, 예비 도전막을 폴리실리콘으로 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 만일, 상기 예비 도전막을 에피택시얼 실리콘으로 형성하는 경우에는, 상기 게이트 구조물 양측의 불순물 영역로부터 상기 캡핑 패턴(132)이 형성되어 있는 게이트 전극 패턴(126)상으로 각각 실리콘이 성장되어, 상기 성장된 실리콘막이 게이트 전극 상에서 서로 연결되어야 한다. 그러나, 실리콘 성장 속도가 느리므로 공정 진행에 어려움이 있다. In the case of the second embodiment, it is more preferable to form the preliminary conductive film with polysilicon. When the preliminary conductive layer is formed of epitaxial silicon, silicon is grown from the impurity regions on both sides of the gate structure onto the
이어서, 상기 예비 도전 패턴에 불순물이온을 주입하여 도전 패턴(150)을 형성한다. Subsequently, impurity ions are implanted into the preliminary conductive pattern to form a
이어서, 상기 각 도전 패턴(150) 상에 선택적으로 금속 실리사이드 패턴(152)을 형성한다. Subsequently,
상기와 같이 공정을 수행하면, 기판 상의 액티브 영역을 서로 연결시키기 위한 콘택 형성 공정 등을 생략할 수 있어 공정이 매우 간단해진다. 또한, 기판 상에 형성되는 액티브 영역의 면적을 더욱 축소시킬 수 있어 반도체 장치를 더욱 고집적화할 수 있다. When the process is performed as described above, a contact forming process for connecting the active regions on the substrate to each other can be omitted, and the process is very simple. In addition, the area of the active region formed on the substrate can be further reduced, whereby the semiconductor device can be further integrated.
실시예 3Example 3
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 장치의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a third exemplary embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 따른 반도체 장치는 고농도 불순물 영역 및 게이트 전극 상부면에 선택적으로 금속 실리사이드 패턴이 형성된 것을 제외하고는 상기 제1 실시예와 동일하다. 상기 고농도 불순물 영역 표면에 금속 실리사이드 패턴을 형성함으로서 소오스/드레인 저항을 감소시킬 수 있다. As shown in FIG. 6, the semiconductor device according to the present exemplary embodiment is the same as the first exemplary embodiment except that the metal silicide pattern is selectively formed on the high concentration impurity region and the gate electrode upper surface. The source / drain resistance may be reduced by forming a metal silicide pattern on the surface of the high concentration impurity region.
상기 제3 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 간단히 설명한다. A manufacturing method of the semiconductor device according to the third embodiment will be briefly described.
우선, 도 3a 내지 3j를 참조로 설명한 것과 동일한 공정을 수행한다. First, the same process as described with reference to FIGS. 3A to 3J is performed.
이어서, 상기 노출된 반도체층(110)및 게이트 전극 패턴(126)상에 각각 선택적으로 금속 실리사이드 패턴(160)을 형성한다. 상기 금속 실리사이드 패턴(160)은 코발트 실리사이드 패턴, 텅스텐 실리사이드 패턴 또는 티타늄 실리사이드 패턴을 포함한다. Subsequently,
이 후, 3k 내지 도 3n 공정을 동일하게 수행하여 반도체 장치를 완성한다.Thereafter, the processes of 3k to 3n are performed in the same manner to complete the semiconductor device.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 게이트 전극의 측면 및 저면 아래의 반도체층을 따라 MOS트랜지스터의 채널이 형성된다. 따라서, 게이트 전극의 길이 보다 더 긴 리세스 채널이 형성되어 쇼트 채널 효과를 최소화할 수 있다. 또한, 소오스/드레인 콘택 형성 시의 마진이 충분히 확보될 수 있어, 액티브 영역의 수평 면적을 더욱 축소시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, a channel of the MOS transistor is formed along the semiconductor layer under the side and bottom of the gate electrode. Thus, a recess channel longer than the length of the gate electrode can be formed to minimize the short channel effect. In addition, the margin at the time of source / drain contact formation can be sufficiently secured, thereby further reducing the horizontal area of the active region.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. And can be changed.
Claims (15)
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